JP2014135580A - プラント監視制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】通信ネットワークおよび制御装置内の通信部に固着故障の不良があった場合、信号の固着故障の状態によらず、その異常を即座に検出することが可能なプラント監視制御システムを得る。
【解決手段】通信データの全ビットを周期毎に反転させた通信データ３１とその通信データの誤り検出符号であるＣＲＣ値３３を送信する送信データ処理部１１と、送信データ処理部から送信されたデータを受信し、受信したデータを再計算したＣＲＣ値と送信されてきたＣＲＣ値とを比較して、異常がなければ受信データを正常なデータと判断して処理する受信データ処理部１２とを備えた複数の制御装置１を通信ネットワーク２に接続することにより、通信ネットワークおよび制御装置内の通信部に固着故障の不良があった場合に、その異常を即座に検出する。
【選択図】図２

Description

この発明は、プラントを制御する複数の制御装置が通信ネットワークを介して接続されたプラント監視制御システムに関するものである。

従来の監視制御システムとして、電子計算機から遠方監視制御装置に対して一定周期で自動的に反転試験指令を送出して、２値情報の状態が反転試験前の値と反転試験後の値が互いに異なるかを比較することにより、遠方監視制御装置および伝送路の不良を検出するようにしたものが知られている（特許文献１を参照）。

特開昭５８−１５９６３５号公報

従来の監視制御システムは、反転前の値を受信側で覚えておき、受信側から監視対象に対して反転指令を出した後、受信したデータが反転するかどうかを確認することにより、固着故障（例えば、遮断器の入切情報の２値情報のうち、どちらか一方の情報（１または０）に固着した状態の故障）を含む通信ネットワークの不良を検出する仕組みとなっており、通信ネットワークを介して各制御装置が双方向に通信するようなプラント監視制御システムに適用することができなかった。
また、反転指令を送出してから反転したデータを受信するまでの間に監視対象のデータが変化しないことが前提となっており、常時変化するようなプラントデータの通信に適用することができないという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数の制御装置間で通信ネットワークを介して通信を行うプラント監視制御システムにおいて、通信ネットワークおよび制御装置内の通信部に不良があった場合、その異常を即座に検出することが可能なプラント監視制御システムを得ることを目的とする。

この発明に係るプラント監視制御システムは、プラントを制御する複数の制御装置が通信ネットワークを介して接続されたプラント監視制御システムにおいて、制御装置は、通信データの全ビットを周期毎に反転させた通信データとその通信データの誤り検出符号であるＣＲＣ値を送信する送信データ処理部と、送信データ処理部から送信されたデータを受信し、受信したデータを再計算したＣＲＣ値と送信されてきたＣＲＣ値とを比較して、異常がなければ受信データを正常なデータと判断して処理する受信データ処理部とを備えたものである。

この発明によれば、周期毎に通信データを反転させながら、データの送受信を行い、受信側でデータ化けが発生していないかＣＲＣ値によりチェックすることにより、通信ネットワークおよび制御装置内の通信部に固着故障の不良があった場合に、信号の固着故障の状態（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）によらず、その異常を即座に検出することが可能となる。
また、送信側の制御装置は毎回ＣＲＣ値を付加して送信するので、値が常時変化するようなプラントデータの通信に対しても、固着故障の状態によらず、通信ネットワークおよ
び制御装置内の通信部に固着故障の不良を検出することが可能となる。

この発明の実施の形態１におけるプラント監視制御システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態１における送受信データの構造を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における送信データ処理部の処理フローを示す図である。 この発明の実施の形態１における受信データ処理部の処理フローを示す図である。 この発明の実施の形態２における受信データ処理部の処理フローを示す図である。 この発明の実施の形態２における受信データ履歴エリアの構造を示す図である。 この発明の実施の形態３における受信データ履歴エリアの詳細構造を示す図である。 この発明の実施の形態３におけるエラー情報格納エリアの詳細構造を示す図である。 この発明の実施の形態４における受信データ処理部の処理フローを示す図である。 この発明の実施の形態５における送受信データのフォーマットの構造を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１におけるプラント監視制御システムを図１〜図４に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１によるプラント監視制御システムの全体構成図である。図１において、制御装置１（区別する場合は添字Ａ、Ｂを付加する）は、プラントを制御する制御装置であり、それぞれ送信データ処理部１１、受信データ処理部１２、通信部１３、データ格納部１４より構成されている。複数の制御装置１Ａ、１Ｂは、通信ネットワーク２により接続され、通信ネットワーク２を介して各制御装置１Ａ、１Ｂが双方向に通信するようになっている。

図２はこの発明の実施の形態１における送受信データの構造を説明するための図で、この図２に基づき、この発明の概略を説明する。
図２（ａ）は送信元のオリジナルの通信データ３０を示し、状態情報に応じて「１」または「０」の２値の値のデータが含まれている。図２（ｂ）は図２（ａ）に示すオリジナルの通信データを反転した通信データ３１を示し、この反転した通信データ３１に図２（ｃ）に示す反転フラグ（反転した場合は「１」、反転しない場合は「０」）３２と、図２（ｄ）に示す誤り検出符号の一種であるＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check＝巡回冗長検査）値３３（チェックサム値としても使用可）を付加する。
なお、ＣＲＣ値３３は通信データ３１と反転フラグ３２のビットを計算して求める。

図２（ｅ）はこうして作成された送受信データのフォーマットを示し、通信データ３１と反転フラグ３２とＣＲＣ値３３より構成される送信データは、例えば制御装置１Ａの送信データ処理部１１から通信部１３を介して通信ネットワーク２に送信される。受信データは通信ネットワーク２を通して、例えば制御装置１Ｂの通信部１３を介して受信データ処理部１２で受信される。
受信データ処理部１２では、受信したデータを再計算したＣＲＣ値と送信データ処理部１１から送信されてきたＣＲＣ値とを比較して、異常がなければ受信データを正常なデータと判断して処理する。

次に図１および図２に示す構成の動作を図３および図４に基づいて説明する。
図３は制御装置１内の送信データ処理部１１の処理フローを示す。まず、ステップＳ１０１は、データ格納部１４から通信データを読み出す。ステップＳ１０２は、前回送信時の反転フラグ３２が「０」かどうかをチェックする。ステップＳ１０３は、前回送信時の反転フラグが「０」の場合（ＹＥＳ）、前回、通信データを全ビット反転せずに送信したことを意味し、今回は、通信データを全ビット反転する。ステップＳ１０４は、通信データを反転したので、反転フラグ３２に「１」をセットする。

ステップＳ１０２において、もし反転フラグ３２が「１」であれば（ＮＯ）、前回、通信データを全ビット反転して送信したことを意味し、今回は、ステップＳ１０５のように通信データを反転せず、そのままにしておく。ステップＳ１０６は、通信データを反転していないので、反転フラグ３２に「０」をセットする。その後、ステップＳ１０７において、通信データ３１と反転フラグ３２のＣＲＣ値３３を計算してセットする。ステップＳ１０８は、通信部１３より通信データ３１と反転フラグ３２とＣＲＣ値３３より構成される送信データを送信する。

図４は制御装置１内の受信データ処理部１２の処理フローを示す。まず、ステップＳ２０１は、通信部１３より受信したデータを取り込む。ステップＳ２０２は、受信したデータ内の通信データ３１および反転フラグ３２より再計算したＣＲＣ値と、受信したデータ内のＣＲＣ値３３を比較する。ステップＳ２０２において、ＣＲＣ値が不一致であれば（ＮＯ）、受信したデータは不良と判断して、ステップＳ２０６においては警報を出力するなどのエラー処理を行って、受信データ処理を終了する。

ステップＳ２０２において、もしＣＲＣ値の比較結果が一致していれば（ＹＥＳ）、受信したデータは正常と判断して、次のステップＳ２０３の処理に進む。次に、ステップＳ２０３において、受信データ内の反転フラグ３２が「１」の場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ２０４に進み、通信データの全ビットを反転させる。ステップＳ２０３において、受信データ内の反転フラグ３２が「０」の場合（ＮＯ）は、ステップＳ２０７に進み、通信データはそのままとする。その後、ステップＳ２０５において通信データをデータ格納部１４にセットする。

実施の形態１では、周期毎に通信データの全ビットを反転（「反転」と「反転なし」とが交互（１周期毎））させながら、データの送受信を行い、受信側でデータ化けが発生していないかＣＲＣ値によりチェックすることにより、通信ネットワーク２および制御装置１内の通信部１３に固着故障の不良があった場合に、信号の固着故障の状態によらず、その異常を即座に検出することが可能となる。
また、送信側の制御装置は毎回ＣＲＣ値を付加して送信するので、値が常時変化するようなプラントデータの通信に対しても、固着故障の状態によらず、通信ネットワーク２および制御装置１内の通信部１３に固着故障の不良を検出することが可能となる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２におけるプラント監視制御システムを図５および図６に基づいて説明する。実施の形態２における監視制御システムの全体構成は、実施の形態１と同様であるので省略する。
図５は実施の形態２における制御装置１内の受信データ処理部１２の処理フローを示す図、図６は実施の形態２におけるデータ格納部１４内の受信データ履歴エリア４１の構造を示す図である。

次に実施の形態２の動作を説明する。まず、ステップＳ２０１は、通信部１３より受信したデータを取り込む。ステップＳ２１０は、受信したデータをデータ格納部１４内の受信データ履歴エリア４１にセットする。受信データ履歴エリア４１は図６に示すように受信したデータを順番に蓄積している。
ステップＳ２０２は、受信したデータ内の通信データ３１および反転フラグ３２より再計算したＣＲＣ値と、受信したデータ内のＣＲＣ値３３を比較するもので、このステップＳ２０２以降は、実施の形態１における制御装置１内の受信データ処理部の処理フローと同様であるので、同じステップ符号を付してその説明は省略する。

実施の形態２では、受信データの異常の有無に係らず、受信したデータを順番にデータ格納部１４内の受信データ履歴エリア４１に毎周期保存するようにしたことにより、データ異常を検出した場合に、後からどのビットが異常となったかどうかを解析することが可能となる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３におけるプラント監視制御システムを図７および図８に基づいて説明する。実施の形態２における監視制御システムの全体構成は、実施の形態１と同様であるので省略する。
図７は実施の形態３におけるデータ格納部１４内の受信データ履歴エリア４１の詳細構造を示す図、図８は実施の形態３におけるデータ格納部１４内のエラー情報格納エリア４２の構造を示す図である。なお、図８に示す詳細なデータ構造は、受信データ履歴エリア４１に格納された１つの受信データと同じである。

次に実施の形態３の動作を説明する。制御装置１内の受信データ処理部１２の処理フローは実施の形態２と同様であるが、実施の形態３では、受信したデータのＣＲＣ値のチェックで異常を検出した場合、ステップＳ２０６のエラー処理において、受信データ履歴エリア４１内に格納された前回の受信データと今回の受信データを比較して、反転されずに同じ値のビットがないかを検索して、どのビットが異常となったかどうかを解析する。

例えば、図７に示すように、前回の受信データ＃Ｎ−１と今回の受信データ＃Ｎにおいて、ＣＲＣ値（サム値）のチェックでエラーが発生した場合、左から４番目のデータは、通信データの反転していないもの（＃Ｎ−１）と反転したもの（＃Ｎ）が、「０」で同じ値となっており、ここで固着故障（０で固着）が発生している可能性がある。
このように同じ値のビットあれば、そのビットで固着故障が発生している可能性が高いため、この場合は図８に示すようにエラー情報格納エリア４２内の該当ビット（左から４番目）に「１」をセットする。

実施の形態３では、データ異常を検出した場合に、保存された前回の受信データと今回受信したデータとを比較し、どのビットで固着故障が発生している可能性があるかを自動で解析して、データ格納部１４内のエラー情報格納エリア４２にエラー情報として保存するようにしたことにより、故障解析が容易かつ迅速に行うことが可能となる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４におけるプラント監視制御システムを図９に基づいて説明する。実施の形態４における監視制御システムの全体構成は、実施の形態１と同様であるので省略する。
図９は実施の形態４における制御装置１内の受信データ処理部１２の処理フローを示す図である。

次に実施の形態４の動作を説明する。まず、実施の形態２と同様に、ステップＳ２０１は、通信部１３より受信したデータを取り込み、ステップＳ２１０において、受信したデータをデータ格納部１４内の受信データ履歴エリア４１にセットする。ステップＳ２０２は、受信したデータ内の通信データ３１および反転フラグ３２より再計算したＣＲＣ値と、受信したデータ内のＣＲＣ値３３を比較し、一致であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２２０において、受信データ処理部１２に設けた連続エラー回数カウンタに連続エラー回数をゼロにセットし、ステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３以降は、実施の形態１〜３における制御装置１内の受信データ処理部１２の処理フローと同様であるので、同じステップ符号を付してその説明は省略する。
もし、ステップＳ２０２において、ＣＲＣ値が不一致の場合（ＮＯ）、ステップＳ２２１において、受信データ処理部１２に設けた連続エラー回数カウンタに連続エラー回数を＋１カウントアップする。

ステップＳ２２２は、カウントアップ後の連続エラー回数が予め指定された指定数以上かどうかをチェックする。ステップＳ２２２において、連続エラー回数が指定数以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２２３に進み、定常的な固着故障と判定する。その後、ステップＳ２０６において実施の形態１〜３と同様のエラー処理を行う。
もし、ステップＳ２２２において、連続エラー回数が指定数未満であれば（ＮＯ）、処理は終了する。

なお、固着故障が発生している場合、信号の状態はＯＮ状態か、または、ＯＦＦ状態とで固定されるため、ＣＲＣ値のチェック結果が正常と異常を交互に繰り返すことになる。そのため、連続エラー回数を格納するカウンタまたはそのエリアは、反転フラグが「０」の場合と「１」の場合でそれぞれ別に用意し、ステップＳ２２０、ステップＳ２２１の処理では、毎周期、交互に切り換えながら処理する。

実施の形態４では、ＣＲＣ値の異常が連続して発生している場合のみ定常的な固着故障が発生していると判定し、異常が連続して発生していない場合、一過性の問題と判定できるようにしたことにより、故障解析が更に容易かつ迅速に行うことが可能となる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５におけるプラント監視制御システムを図１０に基づいて説明する。実施の形態５における監視制御システムの全体構成は、実施の形態１と同様であるので省略する。
図１０は実施の形態５における送受信データのフォーマットの構造を示す図である。

次に実施の形態５の動作を説明する。各部位の処理フローは実施の形態１〜形態４と同様であるが、実施の形態５では、送受信データの構造のみ異なる。
実施の形態５は、各制御装置１間で送受信される送受信データにおいて、通信データ３１の全エリアを反転の対象とするのではなく、高信頼な通信が必要な一部のエリアのみに限定できるように、反転対象エリアのサイズを可変とするようにしたものである。

図１０に送受信データのフォーマットの構造を示すように、送受信データは、通信データ３１、反転フラグ３２、ＣＲＣ値３３に加えて、反転対象エリアサイズ３４より構成される。通信データ３１のうち、反転対象エリアサイズ３４で指定されたサイズ分だけを反転対象とし、残りの部分は反転対象としない。即ち、通信データ３１は、反転対象エリア３１ａと非反転対象エリア３１ｂとで構成されている。
なお、実施の形態５における送信データ処理部１１および受信データ処理部１２は、実施の形態１〜形態４における送信データ処理部１１および受信データ処理部１２に比較し
て、上記が変更となる。

実施の形態５では各制御装置１間で送受信される送受信データにおいて、通信データ３１の全エリアを反転の対象とするのではなく、高信頼な通信が必要な一部のエリアのみに限定することにより、制御装置１内のＣＰＵ処理負荷を低減することが可能となる。

なおこの発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１、１Ａ、１Ｂ：制御装置、 ２：通信ネットワーク、 １１：送信データ処理部、 １２：受信データ処理部、 １３：通信部、 １４：データ格納部、 ３１：通信データ、 ３１ａ：反転対象エリア、 ３１ｂ：非反転対象エリア、 ３２：反転フラグ、 ３３：ＣＲＣ値、 ３４：反転対象エリアサイズ、 ４１：受信データ履歴エリア、 ４２：エラー情報格納エリア。

Claims (5)

1. プラントを制御する複数の制御装置が通信ネットワークを介して接続されたプラント監視制御システムにおいて、前記制御装置は、通信データの全ビットを周期毎に反転させた通信データとその通信データの誤り検出符号であるＣＲＣ値を送信する送信データ処理部と、前記送信データ処理部から送信されたデータを受信し、受信したデータを再計算したＣＲＣ値と送信されてきた前記ＣＲＣ値とを比較して、異常がなければ受信データを正常なデータと判断して処理する受信データ処理部とを備えたことを特徴とするプラント監視制御システム。
2. 前記受信データ処理部は、データ異常を検出した場合に、後からどのビットが異常となったかどうかを解析可能とするために、受信したデータを毎周期保存するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のプラント監視制御システム。
3. 前記受信データ処理部は、データ異常を検出した場合に、保存された前回の受信データと今回受信した受信データとを比較し、どのビットが異常となったかどうかを解析するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のプラント監視制御システム。
4. 前記受信データ処理部は、データ異常を検出した場合に、連続エラー回数カウンタをカウントアップし、カウント数が予め指定した回数になった時に定常的な故障と判定するようにしたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラント監視制御システム。
5. 前記制御装置間で送受信される通信データにおいて、前記通信データの反転対象エリアは全エリアの内の一部にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラント監視制御システム。
   

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